JP2014033095A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却器を小型化して軽量化を図ることができる半導体装置を提供すること。
【解決手段】半導体装置１０は、半導体モジュール１２と、冷却器１１とを有する。冷却器１１は、半導体モジュール１２が外面に熱的に結合されたプレート２１ａを備えるとともに、プレート２１ａを介して半導体モジュール１２と熱的に結合されたフィンユニット３１を備える。半導体モジュール１２は、プレート２１ａを貫通して冷却器１１内に突出するネジ１３を、取付用ピンフィン３４の内周面に形成された雌ねじ３４ａに螺合することで冷却器１１に取り付けられている。
【選択図】図４

Description

本発明は、半導体素子と、半導体素子が外面に熱的に結合されたプレートを備えるとともに、プレートを介して半導体素子と熱的に結合されたピンフィンを備える冷却器と、を有する半導体装置に関する。

冷却器を備えた半導体装置としては、例えば、特許文献１が挙げられる。図１３に示すように、特許文献１の電力変換装置８０は、ベース８２を備え、ベース８２は、板状の第１の固定部８３と、第１の固定部８３に対し垂直に延びる第２の固定部８４を備える。そして、ベース８２の第１の固定部８３には、ネジ穴８３ａが形成され、このネジ穴８３ａにネジ８７を螺合してパワーモジュール８１がベース８２に取り付けられている。第１の固定部８３の底面には、複数の放熱フィン８３ｂが一体に設けられ、第２の固定部８４の側部には、複数の放熱フィン８４ａが一体に設けられている。第１の固定部８３の底面には図示しない冷却器が連結されるとともに、第２の固定部８４の側部には図示しない冷却器が連結される。そして、パワーモジュール８１が発生した熱は、第１及び第２の固定部８３，８４に伝導され、さらに放熱フィン８３ｂ，８４ａから冷却器内を流れる熱媒体（水、空気等）に放熱される。

特開２００７−２０９１８４号公報

ところで、特許文献１の電力変換装置８０においては、冷却器に対しベース８２及びパワーモジュール８１が積み重ねられているため、構造が大型化し、重量増加を招いてしまっている。また、ベース８２の第１の固定部８３にネジ穴８３ａが形成されるため、第１の固定部８３の厚さが増加するため、ベース８２が大型化し、重量増加を招いてしまっている。

本発明は、冷却器を小型化して軽量化を図ることができる半導体装置を提供することにある。

上記問題点を解決するために、請求項１に記載の発明は、半導体素子と、前記半導体素子が外面に熱的に結合されたプレートを備えるとともに、前記プレートを介して前記半導体素子と熱的に結合されたピンフィンを備える冷却器と、を有する半導体装置であって、前記ピンフィンを用い、かつ前記プレートを貫通する取付手段によって、前記半導体素子が前記プレートの外面に取り付けられていることを要旨とする。

これによれば、ピンフィンを半導体素子の取付用として用いることで、取付手段をプレートを貫通させながら半導体素子を冷却器に取り付けることができる。したがって、例えば、半導体素子を冷却器に取り付ける際、半導体素子取付用のネジがプレートを貫通しないようにするため、プレートの厚み内にネジの螺合部を形成する場合と比べると、プレートの厚みを薄くすることができる。その結果として、冷却器を小型化して半導体装置を小型化することができるとともに、軽量化を図ることができる。

また、前記取付手段は、前記半導体素子又は前記冷却器が支持される筐体に設けられて前記冷却器内に突出する雄ねじと、筒状に形成された前記ピンフィンの内周面に形成され前記雄ねじが螺合する雌ねじと、から形成されていてもよい。

これによれば、雄ねじと雌ねじの螺合による簡単な取付構成により、半導体素子を冷却器に取り付けることができる。そして、雄ねじと雌ねじの螺合により、半導体素子を冷却器から外れにくくすることができる。

また、前記取付手段は、前記ピンフィンから軸方向に突設され、前記冷却器外に突出する雄ねじと、前記雄ねじに螺合される雌ねじと、から形成されていてもよい。
これによれば、雄ねじと雌ねじの螺合による簡単な取付構成により、半導体素子を冷却器に取り付けることができる。そして、雄ねじと雌ねじの螺合により、半導体素子を冷却器から外れにくくすることができる。

また、前記取付手段は、筒状の前記ピンフィン内に形成された嵌合凹部と、前記半導体素子又は前記冷却器が支持される筐体に設けられ、かつ前記冷却器内に突出して前記嵌合凹部に嵌合される嵌合凸部と、から形成されていてもよい。

これによれば、嵌合凸部を嵌合凹部に嵌合するだけで半導体素子を冷却器に取り付けることができ、半導体素子の取付作業を簡単に行うことができる。
また、前記取付手段は、前記ピンフィンの軸方向に突設され、前記冷却器外に突出する嵌合凸部と、前記半導体素子又は前記冷却器が支持される筐体に設けられ、かつ前記嵌合凸部が嵌合される嵌合凹部と、から形成されていてもよい。

これによれば、嵌合凸部を嵌合凹部に嵌合するだけで半導体素子を冷却器に取り付けることができ、半導体素子の取付作業を簡単に行うことができる。

本発明によれば、冷却器を小型化して軽量化を図ることができる。

実施形態の半導体装置を示す斜視図。 （ａ）は半導体装置を示す分解斜視図、（ｂ）はフィンユニットを示す斜視図。 半導体装置内を示す断面図。 半導体モジュール、フィンユニットの取付状態を示す拡大断面図。 半導体モジュールとフィンユニットの位置関係を示す平断面図。 （ａ）及び（ｂ）は筐体に半導体装置を取り付けた状態を示す部分断面図。 半導体モジュールの取付構造の別例を示す部分断面図。 半導体モジュールの取付構造の別例を示す部分断面図。 半導体モジュールの取付構造の別例を示す部分断面図。 半導体モジュールの取付構造の別例を示す部分断面図。 半導体モジュールの取付構造の別例を示す部分断面図。 半導体モジュールの取付構造の別例を示す部分断面図。 背景技術を示す図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
図１に示すように、半導体装置１０は、冷却器１１と、この冷却器１１の上面（外面）に熱的に結合された状態に取り付けられた複数の半導体モジュール１２と、から形成されている。

図５に示すように、半導体モジュール１２はパッケージ１２ａ内に複数の半導体素子１２ｂが内蔵されて形成されている。また、図２（ａ）に示すように、半導体モジュール１２の中央には、パッケージ１２ａの厚み方向に貫通孔１２ｃが形成されている。この貫通孔１２ｃには、半導体モジュール１２を冷却器１１に取り付けるためのネジ１３が挿通されるようになっている。ネジ１３は、頭部１３ａと、頭部１３ａから延設された雄ねじ部１３ｂとから形成されている。

図１、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、冷却器１１は、略直方体状の冷却器本体２０を備える。冷却器本体２０は、第１冷却器形成部材２１と、第２冷却器形成部材２２と、供給パイプ２３と、排出パイプ２４とを一体に組み付けて形成されている。

第１冷却器形成部材２１は、平面視矩形状をなすプレート２１ａの４辺から側壁２１ｂが延設されて一方（下方）に開口する箱状に形成されている。また、第１冷却器形成部材２１においてプレート２１ａの長さ方向両側には、逆Ｕ字状の連結壁部２１ｃが、一方（下方）及び外側方に向けて開口する状態に設けられている。一方の連結壁部２１ｃには、供給パイプ２３が連結されるとともに、他方の連結壁部２１ｃには排出パイプ２４が連結されている。第２冷却器形成部材２２は、平面視矩形状をなす平板状の部材であり、その大きさは、第１冷却器形成部材２１の開口部を塞げる大きさに形成されている。そして、第１冷却器形成部材２１の開口部を塞ぐように第２冷却器形成部材２２が接合されて冷却器本体２０が形成されている。

図３に示すように、冷却器本体２０の内部には、熱媒体としての液冷媒が流通する内部領域Ｓが形成されている。第１冷却器形成部材２１のプレート２１ａにおいて、内部領域Ｓと反対側の面は半導体モジュール１２が接合される接合面２５とされている。接合面２５には、複数の挿通孔２５ａが第１冷却器形成部材２１の長さ方向に一定間隔おきに形成されている。

図２（ｂ）及び図４に示すように、冷却器本体２０の内部領域Ｓにはフィンユニット３１が配設され、冷却器本体２０とフィンユニット３１とから冷却器１１が形成されている。フィンユニット３１は、平板状の保持板３２の両面に円柱状のピンフィン３３を形成することにより構成されている。なお、フィンユニット３１（保持板３２とピンフィン３３）は、ネジ１３と同じ金属材料によって形成されている。保持板３２の両面には、同一形状のピンフィン３３が同一数形成されている。また、ピンフィン３３は互い違いに配置されている。ピンフィン３３を互い違いに配置することにより、同一形状のピンフィン３３を同一領域に一定間隔おきに配置する場合と比べて、同一領域内に多くのピンフィン３３を配置することができる。すなわち、液冷媒とピンフィン３３との接触面積が増加されている。

フィンユニット３１は、接合面２５に接合される半導体モジュール１２に対応して配設されている。さらに、図５に示すように、フィンユニット３１は、半導体モジュール１２の各半導体素子１２ｂに対応している。すなわち、内部領域Ｓを液冷媒が流通したときに、半導体モジュール１２（半導体素子１２ｂ）との熱交換が適切になされるように、プレート２１ａを挟んで半導体モジュール１２とフィンユニット３１が対向するように配設されている。

図４に示すように、ピンフィン３３において保持板３２側の端部を基端とし保持板３２と逆側の端部を先端とすると、各ピンフィン３３の先端面はプレート２１ａの内面に接合されている。詳細にいえば、フィンユニット３１において第１冷却器形成部材２１側に形成された全てのピンフィン３３の先端面は、その全面が第１冷却器形成部材２１におけるプレート２１ａの内面にロウ製の接合材１４によって接合されている。同様に、フィンユニット３１において第２冷却器形成部材２２側に形成されたピンフィン３３の先端面は、その全面が第２冷却器形成部材２２の内面にロウ製の接合材１４によって接合されている。また、各ピンフィン３３は、液冷媒の流通方向と直交する方向への断面積が基端から先端まで同一となるように形成されるとともに、各ピンフィン３３の間の流路面積は略同一となっている。そして、内部領域Ｓを流通する液冷媒は、フィンユニット３１において各ピンフィン３３に接触することで、ピンフィン３３に沿って流れていき、ピンフィン３３と熱交換する。

図２（ｂ）に示すように、フィンユニット３１において、保持板３２の中央には、円筒状をなす取付用ピンフィン３４が配設されている。取付用ピンフィン３４は、その他のピンフィン３３よりも外径が大きく設定されている。取付用ピンフィン３４において、第１冷却器形成部材２１側の端面は、その端面の全面及び外周面の全体がプレート２１ａの内面にロウ製の接合材１４によって接合されている。同様に、取付用ピンフィン３４において、第２冷却器形成部材２２側の端面は、その端面の全面及び外周面の全体が第２冷却器形成部材２２の内面にロウ製の接合材１４によって接合されている。このため、取付用ピンフィン３４の内側と外側（内部領域Ｓ）は接合材１４によってシールされ、内部領域Ｓ内の液冷媒が取付用ピンフィン３４内に浸入することが防止されている。また、取付用ピンフィン３４の内周面には、取付用ピンフィン３４の軸方向に沿って雌ねじ３４ａが形成されるとともに、この雌ねじ３４ａには、半導体モジュール１２を冷却器１１に取り付けるためのネジ１３が螺合可能になっている。

図４に示すように、フィンユニット３１が、半導体モジュール１２に対応して内部領域Ｓに配設された態様において、取付用ピンフィン３４の雌ねじ３４ａは、プレート２１ａの挿通孔２５ａに対応している。そして、半導体モジュール１２の貫通孔１２ｃに挿通されたネジ１３は、冷却器１１の挿通孔２５ａを介して（冷却器１１のプレート２１ａを貫通して）取付用ピンフィン３４の雌ねじ３４ａに螺合されている。よって、取付用ピンフィン３４を用い、かつプレート２１ａを貫通するように構成された取付手段によって、半導体モジュール１２がプレート２１ａの外面に取り付けられている。

本実施形態では、取付手段は、半導体モジュール１２に設けられて冷却器１１内に突出する雄ねじとしてのネジ１３（雄ねじ部１３ｂ）と、取付用ピンフィン３４の内周面に形成された雌ねじ３４ａと、から形成されている。なお、半導体モジュール１２と接合面２５との間には、放熱グリスを塗布してなる放熱層Ｈが介在されている。

次に、本実施形態における半導体装置１０の作用について説明する。
半導体装置１０において、半導体モジュール１２の貫通孔１２ｃを貫通したネジ１３は、冷却器本体２０のプレート２１ａを貫通して冷却器１１内に突出し、内部領域Ｓの取付用ピンフィン３４の雌ねじ３４ａに螺合されている。そして、ネジ１３と雌ねじ３４ａの螺合によって半導体モジュール１２がプレート２１ａに取り付けられている。よって、ネジ１３を、プレート２１ａを貫通させつつも半導体モジュール１２を冷却器１１に取り付けることができる。したがって、ネジ１３が螺合される雌ねじを、第１冷却器形成部材２１におけるプレート２１ａの厚み内に形成する必要がなく、プレート２１ａの厚み内に雌ねじを形成する場合と比べると、プレート２１ａの厚みを薄くすることができる。

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）冷却器本体２０内に収容されたフィンユニット３１に取付用ピンフィン３４を設け、この取付用ピンフィン３４に雌ねじ３４ａを形成した。また、冷却器本体２０のプレート２１ａに挿通孔２５ａを形成した。そして、ネジ１３を、挿通孔２５ａに挿通することで、第１冷却器形成部材２１のプレート２１ａを貫通させ、さらに、ネジ１３を取付用ピンフィン３４の雌ねじ３４ａに螺合して半導体モジュール１２を冷却器１１に取り付けた。したがって、ネジ１３が螺合される雌ねじを、第１冷却器形成部材２１におけるプレート２１ａの厚み内に形成する必要がなく、プレート２１ａの厚み内に雌ねじを形成する場合と比べると、プレート２１ａの厚みを薄くすることができる。その結果として、半導体装置１０（冷却器１１）を小型化することができるとともに、軽量化を図ることができる。

（２）プレート２１ａの厚み内に雌ねじを形成する場合と比べると、プレート２１ａの厚みを薄くできる。このため、プレート２１ａを介した半導体モジュール１２と液冷媒との熱交換効率が上がり、半導体モジュール１２を効率良く冷却することができる。

（３）取付用ピンフィン３４の軸方向両端の外周面は、それぞれロウ材製の接合材１４によって第１冷却器形成部材２１及び第２冷却器形成部材２２に接合されている。このため、ネジ１３がプレート２１ａに形成された挿通孔２５ａを貫通し、取付用ピンフィン３４に螺合される構成としても、内部領域Ｓを流通する液冷媒が挿通孔２５ａから冷却器１１外へ漏れることがない。

（４）半導体モジュール１２は、貫通孔１２ｃに挿通したネジ１３を取付用ピンフィン３４の雌ねじ３４ａに螺合することでプレート２１ａに取り付けられ、半導体モジュール１２と冷却器１１が熱的に結合されている。このため、半導体モジュール１２を冷却器１１のプレート２１ａに熱的に結合するための押さえ板や、押さえ板を押し付けるブラケット等が不要となり、半導体装置１０の部品点数を減らすことができる。

（５）ネジ１３が螺合される雌ねじ３４ａを取付用ピンフィン３４の内周面に形成した。すなわち、雌ねじ３４ａを熱交換用のフィンユニット３１の一部を用いて形成した。このため、冷却器１１の既存の構成を用いて半導体モジュール１２を取り付けることができ、別部材を追加して半導体モジュール１２を冷却器１１に取り付ける場合と異なり、部品点数を増やすことなく、半導体装置１０を小型化することができる。

（６）半導体モジュール１２は、フィンユニット３１に対応して冷却器１１のプレート２１ａに取り付けられ、そのフィンユニット３１の中央に取付用ピンフィン３４が形成されている。また、取付用ピンフィン３４の外側位置に半導体素子１２ｂが配置されている。そして、内部領域Ｓを流通する液冷媒は、フィンユニット３１においては取付用ピンフィン３４の外側を流れる。このため、各半導体素子１２ｂに対応して液冷媒が流れるように取付用ピンフィン３４によって液冷媒が分流され、各半導体素子１２ｂを効率良く冷却することができる。

（７）取付用ピンフィン３４は円筒状に形成されている。このため、ネジ１３を螺合可能とするために取付用ピンフィン３４を、その他のピンフィン３３より大径に形成しても、取付用ピンフィン３４が液冷媒の流通の妨げにならず、内部領域Ｓで液冷媒を円滑に流通させることができる。

（８）フィンユニット３１（取付用ピンフィン３４）とネジ１３は同じ金属材料によって形成されている。このため、取付用ピンフィン３４及びネジ１３と、液冷媒との熱交換率が低下することが防止され、半導体モジュール１２を液冷媒によって効率良く熱交換することができる。

（９）熱媒体として液冷媒を採用した。そして、ネジ１３がプレート２１ａに形成された挿通孔２５ａを貫通し、取付用ピンフィン３４に螺合される構成としても、接合材１４によって内部領域Ｓを流通する液冷媒が挿通孔２５ａから冷却器１１外へ漏れないようにした。よって、気体の熱媒体を用いる場合よりも、半導体モジュール１２の熱交換効率を向上させつつも、冷却器１１を小型化して半導体装置１０を小型化することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 図６（ａ）に示すように、半導体装置１０を金属製（例えば、アルミダイカスト製）の筐体４０における支持面４０ａに支持させて形成するとともに、支持面４０ａに雌ねじとしての雌ねじ穴４１を凹設する。また、半導体装置１０の冷却器１１において、第２冷却器形成部材２２に挿通孔２２ａを形成する。また、フィンユニット３１の中央に、円筒状の取付用ピンフィン４２を形成する。この取付用ピンフィン４２は、実施形態と異なり雌ねじ３４ａは形成されていない。

そして、半導体モジュール１２の貫通孔１２ｃに挿通されたネジ１３を、取付用ピンフィン４２を貫通させ、さらに、第２冷却器形成部材２２の挿通孔２２ａを貫通させ、雄ねじ部１３ｂを筐体４０の雌ねじ穴４１に螺合する。その結果、半導体モジュール１２、冷却器１１、及び筐体４０が一体に組み付けられ、半導体装置１０が形成される。

このように構成した場合、取付手段は、取付用ピンフィン４２から軸方向に突設され、冷却器１１外に突出するネジ１３（雄ねじ部１３ｂ）と、筐体４０に設けられ、かつネジ１３の雄ねじ部１３ｂに螺合される雌ねじとしての雌ねじ穴４１とから形成されている。

また、図６（ｂ）に示すように、半導体装置１０を金属製（例えば、アルミダイカスト製）の筐体４０の支持面４０ａに支持させて形成するとともに、支持面４０ａから雄ねじ４３を突設する。また、半導体装置１０の冷却器１１において、第２冷却器形成部材２２に挿通孔２２ａを形成する。また、フィンユニット３１の中央に、円筒状の取付用ピンフィン４２を形成する。この取付用ピンフィン４２は、実施形態と異なり雌ねじ３４ａは形成されていない。

そして、筐体４０から突設された雄ねじ４３を、第２冷却器形成部材２２の挿通孔２２ａ、取付用ピンフィン４２、及びプレート２１ａの挿通孔２５ａを貫通させて半導体モジュール１２の貫通孔１２ｃに挿通する。半導体モジュール１２の貫通孔１２ｃから突出した雄ねじ４３に袋ナット４４を螺合する。その結果、半導体モジュール１２、冷却器１１、及び筐体４０が一体に組み付けられ、半導体装置１０が形成される。

このように構成した場合、取付手段は、取付用ピンフィン４２から軸方向に突設され、冷却器１１外に突出する雄ねじ４３と、この雄ねじ４３に螺合される袋ナット４４と、から形成されている。

図６（ａ）及び図６（ｂ）のように構成しても、ネジ１３及び雄ねじ４３が螺合する雌ねじを、第１冷却器形成部材２１におけるプレート２１ａの厚み内に形成する必要がなく、プレート２１ａの厚み内に雌ねじを形成する場合と比べると、プレート２１ａの厚みを薄くすることができる。その結果として、半導体装置１０（冷却器１１）を小型化することができるとともに、軽量化を図ることができる。

なお、取付用ピンフィン４２と、ネジ１３及び雄ねじ４３は、同じ金属材料で形成されていてもよいし、別々の材料で形成されていてもよい。また、筐体４０は、冷却器１１を支持するものでもよいし、半導体素子１２ｂとは別の電子機器（コンデンサ等）を収納したコンデンサケース等であってもよい。

○ 図７に示すように、半導体モジュール１２に雄ねじ４５を一体形成し、この雄ねじ４５を取付用ピンフィン３４の雌ねじ３４ａに螺合してもよい。この場合、取付手段は、半導体モジュール１２に設けられて冷却器１１内に突出する雄ねじ４５と、取付用ピンフィン３４の内周面に形成され雌ねじ３４ａと、から形成されている。

○ 図８に示すように、フィンユニット３１の中央に、外面に雄ねじが形成された取付用ピンフィン４６を形成する。この取付用ピンフィン４６は、プレート２１ａの挿通孔２５ａを貫通して冷却器１１外に突出している。そして、取付用ピンフィン４６は、半導体モジュール１２の貫通孔１２ｃを貫通し、その取付用ピンフィン４６の突出端に雌ねじとしての袋ナット４７を螺合して、半導体モジュール１２と冷却器１１を一体に組み付けて半導体装置１０を形成してもよい。この場合、取付手段は、取付用ピンフィン４６から軸方向に突設され、冷却器１１外に突出する取付用ピンフィン４６そのものと、取付用ピンフィン４６に螺合される袋ナット４７と、から形成されている。

なお、取付用ピンフィン４６と雄ねじ４５は同じ金属材料で形成されていてもよいし、別々の材料で形成されていてもよい。
○ 図９に示すように、フィンユニット３１の中央に設けた取付用ピンフィン４８を円筒状に形成する。この取付用ピンフィン４８の内周面に雌ねじ３４ａは形成されていない一方で、取付用ピンフィン４８には嵌合凹部４８ａが軸方向に凹設されている。また、半導体モジュール１２を冷却器１１に取り付けるために、ネジ１３の代わりに嵌合凸部としての取付ピン４９を用いる。そして、取付ピン４９を、挿通孔２５ａに挿通することで、第１冷却器形成部材２１のプレート２１ａを貫通させ、冷却器本体２０内に突出させるとともに、取付ピン４９を取付用ピンフィン４８に嵌合して半導体モジュール１２を冷却器１１に取り付ける。したがって、この場合、取付手段は、取付用ピンフィン４８内に形成された嵌合凹部４８ａと、半導体モジュール１２に設けられ、かつ冷却器１１内に突出して嵌合凹部４８ａに嵌合される取付ピン４９（嵌合凸部）と、から形成されている。

このように構成すると、取付ピン４９の嵌合凹部４８ａへの嵌合により、半導体モジュール１２を冷却器１１のプレート２１ａに簡単に取り付けることができる。なお、取付用ピンフィン４８と取付ピン４９は同じ金属材料で形成されていてもよいし、別々の材料で形成されていてもよい。

○ 図１０に示すように、フィンユニット３１の中央に、円柱状に形成された取付用ピンフィン５０を形成するとともに、この取付用ピンフィン５０は、冷却器本体２０内に配設される基部５１と、この基部５１に連設され、基部５１より小径をなすとともに挿通孔２５ａに挿通される嵌合凸部５２とから形成されている。

そして、取付用ピンフィン５０の嵌合凸部５２は、プレート２１ａの挿通孔２５ａを貫通して冷却器１１外に突出するとともに、半導体モジュール１２に設けられた嵌合凹部としての貫通孔１２ｃに嵌合されている。したがって、この場合、取付手段は、取付用ピンフィン５０の軸方向に突設され、冷却器１１外に突出する嵌合凸部５２と、半導体モジュール１２に設けられ、かつ嵌合凸部５２が嵌合される嵌合凹部と、取付用ピンフィン５０の嵌合凸部５２と、この嵌合凸部５２が嵌合する半導体モジュール１２の貫通孔１２ｃ（嵌合凹部）と、から形成されている。

○ 図１１に示すように、フィンユニット３１の中央に設けた取付用ピンフィン５３を円筒状に形成する。この取付用ピンフィン５３の内周面に雌ねじ３４ａは形成されていない一方で、取付用ピンフィン５３には軸孔５３ａが軸方向に凹設されている。また、半導体モジュール１２を冷却器１１のプレート２１ａに取り付けるために、ネジ１３の代わりに嵌合凸部としての取付ピン５４を用いる。また、第２冷却器形成部材２２には、取付用ピンフィン５３の軸孔５３ａと対向する位置に挿通孔２２ａが形成されている。

半導体モジュール１２を冷却器１１のプレート２１ａに取り付ける場合は、取付ピン５４を、第２冷却器形成部材２２の挿通孔２２ａに挿通して冷却器１１内に突出させるとともに、軸孔５３ａを貫通させ、さらに、プレート２１ａの挿通孔２５ａに挿通する。そして、取付用ピンフィン５３を半導体モジュール１２の嵌合凹部としての貫通孔１２ｃに嵌合することで、半導体モジュール１２を冷却器１１のプレート２１ａに取り付ける。したがって、取付手段は、取付用ピンフィン５３の軸方向に突設され、冷却器１１外に突出する嵌合凸部としての取付ピン５４と、半導体モジュール１２の貫通孔１２ｃと、から形成されている。

なお、取付ピン５４と取付用ピンフィン５３は、同じ金属材料で形成されていてもよいし、別々の材料で形成されていてもよい。
○ 図１２に示すように、第１冷却器形成部材２１の接合面２５に加え、第２冷却器形成部材２２において内部領域Ｓと反対側の面に半導体モジュール１２を熱的に結合してもよい。この場合、第２冷却器形成部材２２がプレートを構成するとともに、第２冷却器形成部材２２に、取付用ピンフィン３４の雌ねじ３４ａと対向する位置に挿通孔２２ａを形成する。そして、半導体モジュール１２を第２冷却器形成部材２２側に取り付ける場合は、ネジ１３を、挿通孔２２ａに挿通することで、第２冷却器形成部材２２（プレート）を貫通させ、さらに、ネジ１３を取付用ピンフィン３４の雌ねじ３４ａに螺合して半導体モジュール１２を冷却器１１に取り付ける。このように構成すると、内部領域Ｓを挟んだ冷却器１１の両面に半導体モジュール１２を取り付けることができる。

○ 実施形態では、半導体モジュール１２と接合面２５との間に放熱層Ｈを設けたが、放熱層Ｈは無くてもよい。また、放熱層Ｈは放熱グリスの代わりに放熱シートを用いて形成してもよい。

○ 実施形態では、ピンフィン３３を断面円形状に形成したが、ピンフィン３３は断面多角形状、楕円形状、菱形形状に変更してもよい。
○ 実施形態では、熱媒体として液冷媒を冷却器１１内に流通させたが、熱媒体は空気等の気体であってもよい。気体の場合、半導体装置１０は、半導体モジュール１２と、半導体モジュール１２が外面に熱的に結合されたプレート２１ａを備えるとともに、プレート２１ａを介して半導体モジュール１２と熱的に結合された取付用ピンフィン３４を備える冷却器１１を備える。そして、取付用ピンフィン３４を用い、かつプレート２１ａを貫通する実施形態と同様の取付手段によって、半導体モジュール１２がプレート２１ａの外面に取り付けられていればよい。すなわち、実施形態中の第１冷却器形成部材２１の側壁２１ｂ、連結壁部２１ｃ、第２冷却器形成部材２２、供給パイプ２３及び排出パイプ２４は無くてもよいので、冷却器１１をより小型化してより軽量化を図ることができる。

○ 実施形態では、内部領域Ｓにピンフィン３３を設けたが、ピンフィン３３に加え、プレートフィンを設けてもよい。
○ 実施形態では、半導体素子として、半導体素子１２ｂを内蔵した半導体モジュール１２に具体化したが、半導体素子１２ｂそのものを冷却器１１に取り付けて半導体装置１０を形成してもよい。

○ フィンユニット３１の取付用ピンフィン３４とネジ１３を同じ金属材料としたが、取付用ピンフィン３４とネジ１３は別々の材料で形成されていてもよい。

１０…半導体装置、１１…冷却器、１２…半導体素子としての半導体モジュール、１２ｂ…半導体素子、１２ｃ…取付手段を構成する嵌合凹部としての貫通孔、１３…取付手段を構成するネジ、２１ａ…プレート、３３…ピンフィン、３４…取付手段を構成する取付用ピンフィン、３４ａ…取付手段を構成する雌ねじ、４０…筐体、４１…取付手段を構成する雌ねじとしての雌ねじ穴、４３，４５…取付手段を構成する雄ねじ、４４，４７…取付手段を構成する雌ねじとしての袋ナット、４６…取付手段を構成する雄ねじとしての取付用ピンフィン、４８…取付手段を構成する取付用ピンフィン、４８ａ…取付手段を構成する嵌合凹部、４９…取付手段を構成する嵌合凸部としての取付ピン、５０…取付手段を構成する取付用ピンフィン、５２…取付手段を構成する嵌合凸部、５４…取付手段を構成する嵌合凸部としての取付ピン。

Claims (5)

1. 半導体素子と、
   前記半導体素子が外面に熱的に結合されたプレートを備えるとともに、前記プレートを介して前記半導体素子と熱的に結合されたピンフィンを備える冷却器と、を有する半導体装置であって、
   前記ピンフィンを用い、かつ前記プレートを貫通する取付手段によって、前記半導体素子が前記プレートの外面に取り付けられていることを特徴とする半導体装置。
2. 前記取付手段は、前記半導体素子又は前記冷却器が支持される筐体に設けられて前記冷却器内に突出する雄ねじと、筒状に形成された前記ピンフィンの内周面に形成され前記雄ねじが螺合する雌ねじと、から形成されている請求項１に記載の半導体装置。
3. 前記取付手段は、前記ピンフィンから軸方向に突設され、前記冷却器外に突出する雄ねじと、前記雄ねじに螺合される雌ねじと、から形成されている請求項１に記載の半導体装置。
4. 前記取付手段は、筒状の前記ピンフィン内に形成された嵌合凹部と、前記半導体素子又は前記冷却器が支持される筐体に設けられ、かつ前記冷却器内に突出して前記嵌合凹部に嵌合される嵌合凸部と、から形成されている請求項１に記載の半導体装置。
5. 前記取付手段は、前記ピンフィンの軸方向に突設され、前記冷却器外に突出する嵌合凸部と、前記半導体素子又は前記冷却器が支持される筐体に設けられ、かつ前記嵌合凸部が嵌合される嵌合凹部と、から形成されている請求項１に記載の半導体装置。